问题

关于 C++ 顶层 const 和底层 const?

回答
在 C++ 的世界里,理解 `const` 的不同表现形式对于编写安全、高效的代码至关重要。我们常常会听到“顶层 `const`”和“底层 `const”这两个概念,它们虽然都与 `const` 相关,但描述的对象和意义却有所不同。

想象一下,我们手里有一份非常重要的文件,这份文件本身不能被修改(这是文件的“本质”属性),但我们可以选择放在一个盒子里,这个盒子本身也可以被放在一个安全的地方,而这个“盒子”的状态(是否能被改变)以及“盒子”的存放位置(是否能被改变)则是另外两个独立的属性。`const` 在 C++ 中,就像是在描述这份文件、这个盒子,以及盒子存放位置的“不允许修改”的属性。

顶层 `const`:瞄准的是“对象本身”

顶层 `const`,顾名思义,它最直接地作用于对象本身。当一个变量声明为顶层 `const` 时,意味着这个变量所指向或代表的那个对象的值是不能被改变的。

打个比方,假设你有一个名为 `myNumber` 的变量,它存储了一个整数。如果你声明 `const int myNumber = 10;`,那么 `myNumber` 就是一个顶层 `const`。这意味着 `myNumber` 这个变量,它所代表的那个“10”这个值,是不能被再次赋值的。你不能写 `myNumber = 20;`,编译器会立即报错。这里的“顶层”可以理解为“直接在变量名上”的约束。

同样,对于指针来说,如果 `ptr` 是一个指向 `int` 的指针,那么 `const int ptr;` 这种形式,`const` 是在 `int` 前面,它约束的是 `ptr` 指向的对象(即 `ptr`)的值不能被改变。而 `int const ptr = &some_int;` 这种形式,`const` 在 `ptr` 后面,它约束的是指针变量 `ptr` 本身(即 `ptr` 这个地址)不能被改变。一旦 `ptr` 被初始化,你就不能再让 `ptr` 指向别的地方了。这最后一个例子,`ptr` 这个指针变量本身就是顶层 `const`。

所以,简单来说,顶层 `const` 就是告诉我们,“这个变量,你不能再给它赋予新的值,或者改变它所代表的那个事物的状态”。它直接作用在变量的“是什么”上。

底层 `const`:瞄准的是“指向的目标”

而底层 `const`,则不是直接约束变量本身,而是约束变量所指向(或引用)的目标。它更关注的是“你能用这个变量做什么”。

继续用指针的例子。如果我们有 `const int ptr;`,这里的 `const` 就是底层 `const`。它不是说 `ptr` 这个指针变量本身不能改变,而是说 `ptr` 指向的那个 `int` 值是不能被修改的。你可以让 `ptr` 指向另一个 `int`,但你不能通过 `ptr` 来改变它当前指向的那个 `int` 的值。

再举个例子:`int x = 5; const int ptr = &x`。在这里,`ptr` 是一个指向 `const int` 的指针。`const` 是底层 `const`。你可以这样做:`x = 10;` (因为 `x` 本身不是 `const` 的)。你也可以这样做:`int y = 20; ptr = &y` (因为 `ptr` 本身不是 `const` 的,你可以改变它指向的地址)。但是,你不能这样做:`ptr = 15;` (因为 `ptr` 指向的是一个 `const int`,它的值是不能通过 `ptr` 来修改的)。

所以,底层 `const` 关注的是,通过这个变量(尤其是指针或引用)去访问或操作它所关联的那个东西时,能做些什么。它告诉你,“你只能以只读的方式去查看或使用我所指向/引用的那个东西”。

两者的区别与联系

可以这样理解:

顶层 `const` 关注的是“变量本身”是否能被修改。 比如 `int const p;`,`p` 这个指针变量不能改变,它只能指向一个固定的地址。
底层 `const` 关注的是“通过变量所指向/引用的目标”是否能被修改。 比如 `const int p;`,`p` 这个指针变量可以改变,但它指向的 `int` 值不能被修改。

当一个变量同时拥有顶层 `const` 和底层 `const` 时,就意味着两者都被约束了。例如:`const int const p = &some_int;`。这里的 `p` 本身是顶层 `const`(指针变量 `p` 不能改变),同时它指向的 `int` 也是底层 `const`(通过 `p` 不能修改 `int` 的值)。

为什么要区分?

区分顶层 `const` 和底层 `const` 在 C++ 中非常重要,特别是在函数参数传递和引用传递的上下文中。

函数参数: 当函数参数是顶层 `const` 时,函数内部可以修改这个参数(因为它指向的那个对象可以被修改),但不能修改参数变量本身。而当函数参数是底层 `const` 时,函数内部即使能修改参数变量(比如让指针指向别处),也无法修改它指向的对象的值。
权限的传递: 底层 `const` 常常用来表示一种“只读”的权限,并且这种权限可以被安全地传递。比如,一个函数接收一个 `const int` 参数,它就可以放心地通过这个参数读取数据,而不用担心函数内部会意外修改这些数据。

理解这两者的区别,能够帮助我们更精确地表达代码的意图,避免不必要的修改,从而编写出更健壮、更易于维护的代码。这不仅仅是语法规则,更是对数据安全和代码意图的深刻理解。

网友意见

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const只有星前星后,哪来的顶层底层奇奇怪怪的概念。

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